漢邦高科·攝像機那些事兒之寬動態

　　隨著視頻監控應用的日益廣泛，人們對于攝像機的要求也日益提高。然而，攝像機的工作原理與成像效果與人眼相比畢竟不同，即便是處在同一環境中，通過視頻監控看到的畫面與人眼看到的畫面往往存在差異，尤其是光線強弱反差較大的場景，攝像機往往效果不理想。為了解決這個問題，寬動態技術應運而生。今天，我們就來談談寬動態那些事兒。

　　寬動態的定義

　　所謂寬動態，顧名思義，指的是寬的動態范圍(WDR: Wide Dynamic Range)，有的又稱為高動態(HDR: High Dynamic Range )。要理解這個概念，首先要明確什么是動態范圍。

　　在攝像機應用領域，動態范圍一詞包含兩層含義：

　　一、指攝像機適應景物照度變化的能力。這是時間域的概念，是指攝像機在不同時間(不同場景)下能采集到的圖像的最大照度范圍。用可以適應的最高照度和最低照度的比值來表示。

　　二、指攝像機對同一個場景(同一幅圖像)可以適應其照度差別的能力。這是空間域的概念。就是說：對一幅圖像而言，最明亮部分和最暗淡部分的照度的變化范圍。

　　在“寬動態”一詞中，涉及到的動態范圍主要是指第二層含義，空間域概念。

　　因此，我們可以這樣來表述“寬動態”一詞：寬動態，強調的是攝像機在空間域中適應照度反差(變化范圍)的能力，要求能同時表現出一幅圖像中高度照度部分和低照度部分的細節。

常規攝像機效果

寬動態攝像機效果

　　寬動態的量測指標

　　我們在攝像機的技術參數中常?？吹剑瑢拕討B的描述一般是“XXdB”，這里的dB就是動態范圍的單位，其計算方式如下：

　　這里的指的是畫面中的最高亮度，指畫面中的最低亮度。

　　據此，我們可以知道：80dB表示畫面中最亮與最暗的亮度比值為10000:1，以此類推，所謂的120dB超寬動態表示畫面中最亮與最暗的亮度比值為1000000:1。

　　逆光補償與強光抑制

　　在實際的監控應用場合中，我們還會經常碰到兩個概念：逆光補償與強光抑制，有人會把它們與寬動態相混淆。實際上，這兩個概念與寬動態既有聯系又有區別，不能混為一談。

　　逆光補償：在逆光環境下，觀測物體細節偏暗無法看清，需要提升畫面整體亮度，以看清物體。

　　強光抑制：因觀測物體在強光下照射亮度過高導致無法看清，需要壓制畫面整體亮度，才能看清觀測物體。

　　下面的四張圖片展示了此兩種效果的差異。

不開啟逆光補償

　　 開啟逆光補償

不開啟強光抑制

　　開啟強光抑制

　　逆光補償和強光抑制一般不改變攝像機的動態范圍，只是根據被觀測物體的情況提升或壓制畫面亮度。

　　寬動態提升過暗物體的亮度，同時壓制過曝物體的亮度，從而實現對畫面整體動態范圍的擴大。

　　從原理上看，寬動態兼有逆光補償和強光抑制的部分特點，但還不能完全進行替代。

　　寬動態的實現方法

　　目前常見的寬動態實現方法有兩種：

　　1. 數字寬動態：通過ISP對采集到的圖像進行處理，調節畫面的亮度、飽和度等參數，從而擴大整體的動態范圍。

　　2. 光學寬動態：對同一幀圖像采取兩次曝光，其中一次為針對較暗區域的長曝光，另一次為針對明亮區域的短曝光，將兩次曝光得到的圖像進行運算和合成，最后得到一幀明暗反差較小的圖像。在此基礎之上，有的廠家還有多次曝光技術，效果更好。

　　一般而言，光學寬動態的效果要好于數字寬動態。

　　下圖表述了兩次曝光合成寬動態的實現效果。

　　寬動態的不足

　　世上沒有十全十美的事物。寬動態提升了畫面的可視亮度范圍，這是它的優點;但與此同時也帶來了一些弊端，以光學寬動態為例，我們在應用中往往發現如下問題：

　　顏色會有一定程度的失真;

　　照電腦顯示屏時會出現滾動橫紋;

　　快速移動物體出現彩邊和虛影;

　　以上問題都是因為多次曝光和圖像合成所引起，在當前的技術條件下只能盡量減輕，無法消除。

　　因此，在攝像機選型與應用時，不需要用寬動態的場合沒有必要使用寬動態效果;針對不同的場景，可以靈活選擇光學寬動態、數字寬動態、強光抑制、逆光補償等不同的功能，以達到最理想的圖像效果;

　　結語

　　為了讓攝像機能夠適應復雜的光與影，寬動態來到了世間。此刻，它雖然仍稍顯稚嫩，尚有不足之處，但隨著人類技術的不斷發展，它必然能茁壯成長，為視頻監控事業發揮更大的作用。